JPS6337847B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火炎走査装置に関し、特に走査装置
のセンサまたは接続ケーブルにおける故障の存在
を検出する装置に関する。

化石燃料を燃焼させる汎用ボイラおよび他の装
置では、安全対策が施こされていて精密な燃料お
よび空気供給制御システムが与えられ、一度で点
火が達せられて火炎が成立するのを確実にするよ
うにし、燃料および空気は火炎が中に存在しなけ
れば燃焼室の中に入らないようにしている。燃料
および空気が熱い燃焼室の中に入つていて火炎が
消えたとすれば、燃焼室の中の多量の不燃燃料お
よび空気の蓄積から損害の大きな爆発が生ずる危
険がある。このような安全システムの心臓部は火
炎走査装置であり、その目的は火炎をモニタして
燃焼室内に火炎があるかないかを表わす信号を与
えることである。

現在一般的に使用されている火炎走査装置のほ
とんどは化石燃料の燃焼時に発生する電磁放射
線、すなわち光をモニタしている。ガイガーミユ
ラー式グロー放電管またはフオトダイオードのよ
うな感光デバイスは火炎を観察し、電磁放射線を
受けてその変化する強さに応答して変化する電流
信号を出力に発生する。この電流信号は周知回路
を通して処理され、燃焼室の中に火炎があるかな
いかが表示される。

燃焼室中の火炎の存在を火炎がない時にも表示
してしまう火炎走査装置を有することは極めて好
ましくない。上述したタイプの走査装置の有して
いる主要な問題は周知のとおり燃焼室内の火炎が
消えてしまつた後もしばらく火炎の存在を誤つて
表示することがある。このようになることの１つ
の理由は、フオトセンサが機能不全に陥り、それ
に光が全く当らなくなつてもなお変化する電流信
号を出力し続けることにある。

この問題に対して従来ではフオトセンサの観察
を妨げるよう機械的手段を周期的またはランダム
に機能させて火炎消失条件を模擬することで解決
していた。機械的妨害手段が火炎のセンサ観察を
妨げるよう位置されている間もなおセンサが火炎
の存在を表わす可変の電流信号を出力している場
合に、フオトセンサに故障が存在していることが
表示される。

従来周知の機械的妨害手段の１つのタイプはシ
ヤツタである。たとえば米国特許第3538332号明
細書には、フオトセンサと火炎との間の視野を周
期的に妨げるよう顎状に開閉する機械的作動シヤ
ツタを組込んだセンサヘツド付火炎走査装置が示
されている。機械的シヤツタの欠点は、シヤツタ
が開いたまま動かなくなることでありこれによつ
てセンサ自体のチエツクが妨げられることになつ
たり、または閉じたまま動かなくなつて走査装置
が非動作になつてしまうことがあることである。

従来周知の機械的妨害手段の別なタイプは米国
特許第3594746号明細書に記載されている。そこ
には、走査装置のヘツドの観察ポートにボールを
周期的に空気作用で着座させるよう作動させて火
炎の観察を中断させるようにした火炎走査装置の
故障検出システムが記載されている。空気作用が
終了すると、ボールは重力の作用で観察ポートか
ら落下する。ボールが空気作用によつて作動され
た時に走査装置が火炎の存在を表示していれば、
故障の存在が表示されることになる。この装置の
欠点は、ボールが走査装置の観察ポートに着座し
た時そのボールがくつつくようになつて走査装置
が非動作になつてしまう傾向があることである。

故障検出システムにおいて機械的妨害手段の使
用と関連する他の問題は、その手段が連続的とい
うよりはランダムに、またはせいぜい周期的に動
作することである。すなわちそのシステムについ
て欠陥をテストするためには走査装置の動作を中
断しなければならないのである。

このように従来においては、機械的妨害手段を
なくし間欠的というよりは連続的に動作できる走
査装置の故障検出システムが必要であることは明
らかである。このような故障検出システムは化石
燃料の燃焼中における安全性の高さを保証するに
必要な固有の信頼性を与えるものである。

したがつて本発明の目的は走査装置の感知装置
自体および手順を連続モニタできかつ機械的妨害
手段に頼ることなしに行なうことのできる走査装
置の故障検出装置を提供することにある。

本発明は、火炎によつて発せられた光に応答し
て電流信号を発生させるフオトセンサを使用し、
このフオトセンサによつて発生された電流信号を
処理して安定火炎が存在するかどうかを判断する
火炎検出回路を持つたタイプの火炎走査装置にお
いて故障の存在を検出する改良された装置を考え
ている。

本発明によれば、改良された故障検出装置はフ
オトセンサによつて発生された電流信号を増幅電
圧信号に変換する対数増幅器と、増幅電圧信号が
予め選定した最小レベルと最大レベルとの間にあ
るかどうかを判断する故障警報回路と、対数増幅
器から故障警報回路へと増幅電圧信号を伝送する
手段と、増幅電圧信号に応答して光を発生する発
光手段とを包含している。発光手段は発光された
光が火炎走査装置のフオトセンサに当たるよう配
置されている。発光された光の強さは対数増幅器
によつて発生された電圧信号の振幅に直接比例す
る。

本発明の好適な実施例によれば、対数増幅器に
よつて発生の増幅電圧信号を伝送する手段は伝送
前に電圧信号を比例電流信号に変換する相互コン
ダクタンス増幅器と、伝送後に、相互コンダクタ
ンス増幅器によつて発生された電流信号を電圧信
号に戻すよう再変換する電流−電圧変換器と、相
互コンダクタンス増幅器と電流−電圧変換器との
間を電気的通信状態にして電流信号を伝送するよ
うにした伝導手段とを包含する。電流−電圧変換
器によつて発生された電圧信号は対数増幅器の電
圧信号出力の比例的再現であり、故障警報回路へ
の入力として作用する。

以下添付図面に例示した本発明の好適な実施例
について詳述する。

図面には本発明の改良された故障検出装置を使
用した火炎走査装置がブロツク図の形で示されて
いる。この火炎走査装置は、中でも火炎をモニタ
するフオトセンサ１２を収容した走査装置のセン
サモジユール１０と、安定した火炎が存在してい
るかどうかを判断する電子回路を収容した走査装
置の論理回路モジユール２０とを組合わせてい
る。典型的な応用では、火炎走査装置のセンサモ
ジユール１０は炉の壁の中に備えられてその中の
化石燃料の燃焼をモニタしている。走査装置の論
理回路モジユール２０は、中に収容された電子回
路が高温度に弱いため、通常炉から離れた制御セ
ンタに置かれている。制御センタでは条件付の環
境が容易に維持することができる。

動作において、化石燃料の燃焼の間火炎によつ
て放出された電磁放射線２、すなわち光線はフオ
トセンサ１２によつて受けられる。受けた光線２
に応答して、フオトセンサ１２はモニタされた火
炎の強さを表わす電流信号１３を発生する。最近
代表的には火炎走査装置はフオトセンサ１２とし
てフオトダイオードまたはフオトトランジスタの
ような固体状態半導体デバイスを使用している
が、ガイガー・ミユラーフオトチユーブ、硫化カ
ドミウムまたは硫化鉛のような材料の光電セル、
および他の周知の感光デバイスも火炎走査装置の
フオトセンサとして使用される。本発明の故障検
出装置は任意の周知感光デバイスを含むフオトセ
ンサを使用した火炎走査装置において使用でき
る。

フオトセンサ１２によつて発生された電流信号
１３は代表的には増幅され電圧信号に変換された
後、火炎検出回路２２にて分析されて安定火炎が
存在するかどうかが判断される。本発明の故障検
出装置は従来周知の各種火炎検出回路と同時に使
用してもよい。

本発明は、フオトセンサ１２それ自体、それ以
外のセンサモジユール回路、およびセンサモジユ
ール出力を論理モジユール２０へ伝送する伝導ケ
ーブルをもモニタする改良された故障検出装置を
提供している。

本発明によれば、改良された故障保護装置は、
フオトセンサ１２によつて発生された電流信号１
３を増幅電圧信号１５に変換する対数増幅器１４
と、増幅電圧信号１５が予め定めた最小および最
大限界の間に降下したときを判断する故障警報回
路２４と、増幅電圧信号１５を対数増幅器１４か
ら故障警報回路２４へ伝送する手段１６，３０，
２６と、増幅電圧信号１５に応じて光４を発生す
る発光手段１８とを包含する。

対数増幅器１４は、走査装置センサモジユール
１０の中にその入力としてフオトセンサ１２によ
つて発生された電流信号を受けるよう配置されて
いる。それに応じて、対数増幅器１４はその出力
としてフオトセンサ１２から受けた電流信号１３
の対数特性である電圧信号１５を発生する。対数
増幅器１４は低振幅電流信号に応じて高振幅電圧
信号を出力し、高振幅電圧信号に応じて低振幅電
圧信号を出力する。増幅器１４の対数特性によ
り、非常に低振幅の電流信号でもこれを受けると
使用および処理するに充分な振幅の電圧信号が発
生される。

対数増幅器１４によつて発生された電圧信号１
５は故障警報回路２４および火炎検出回路２２で
処理するために走査装置の論理回路モジユール２
０へ伝送される。フオトセンサ１２によつて発生
された電流信号１３の増幅された対数表現の電圧
信号１５は火炎検出回路２２にて周知技術に従つ
て分析され火炎の状態を表わす出力信号２３を発
生する。出力信号２３が安定火炎の存在を示すと
すれば、炉への燃料および空気の流れは維持され
る。逆に、出力信号２３が安定性に欠けた火炎で
あることを示せば、爆発を防ぐため炉への燃料お
よび空気の流入は中断される。

故障警報回路２４は火炎検出回路２２と並例に
配置され、フオトセンサによつて発生された信号
は火炎および故障の両検出について同時に、かつ
独立して分析される。電圧信号１５が予め選定し
た最小レベルと予め選定した最大レベルとの間の
振幅を有するとすれば、警報回路２４は故障なし
を表わす出力信号２１を発生する。しかし、電圧
信号１５が予め選定した最小レベルより下または
予め選定した最大レベルより上の振幅を呈してい
れば、故障警報回路２４は、故障が存在して走査
装置が火炎存在の正確な表示を与えられないこと
を表わす出力信号２１を発生する。この表示に応
答して、燃料および空気の炉への流入がしや断さ
れる。

走査装置論理回路モジユール２０の中に収容さ
れた故障警報回路２４で処理するためにこのモジ
ユールに伝送されるほかに、電圧信号１５は、好
適な実施例として発光ダイオードで示した光発生
手段１８へ入力信号として帰還される。発光ダイ
オード１８はこの名が示すとおり、その出力とし
て電圧信号１５に応答して光４を発するもので、
走査装置センサモジユール１０の中に配置され
て、発せられた光４がフオトセンサ１２に当たる
ようになつている。

発光ダイオード１８によつて発せられた光４の
強さは受けた電圧信号１５の振幅に直接比例す
る。このように明るくて強烈な火炎からの光がフ
オトセンサ１２に当つている場合に電圧信号１５
の振幅が低いとき、発光ダイオード１８によつて
発せられた光４は火炎によつて発せられた光２と
比べた時、取るに足らないほど光度が低い。した
がつて、ダイオード１８からの光はフオトセンサ
１２によつて発生された電流信号１３の振幅をほ
とんど変えない。このため、火炎の存在の正確な
検出は電圧信号１５を火炎検出回路２２で分析す
ることによつて行なうことができる。

逆に、火炎が消火の過程にある場合に電圧信号
の振幅が増加すると、発光ダイオード１８によつ
て発せられた光４の振幅も上昇するようになる。
火炎が完全に消えると、フオトセンサ１２はダイ
オード１８によつて発せられた光４にだけ応答
し、これに応答して火炎が消えても電流信号１３
を発生し続ける。したがつて、火炎がない時でも
信号は連続的に発生されて、上述した処理のため
に故障警報回路２４へ伝送され、これによつて従
来技術にはないフオトセンサ１８自身、走査装置
センサモジユールの電気回路、および伝送ケーブ
ルの連続テストを火炎が消えたとしても可能にし
ている。フオトセンサが故障の時、それは短絡に
よつてしや断するか短絡したままとなる。すなわ
ち、フオトセンサによつて発生される電流信号は
ほぼ０かまたは極端に高くなる。対数増幅器によ
つて出力される対応する電圧信号はしたがつて予
め選定した限界より上か下になり、故障警報が発
せられることになる。最大および最小限界は、フ
オトダイオード１２が発光ダイオード１８によつ
て発せられた光４だけを感知する時フオトダイオ
ード１２によつて発生された電流信号１３から生
ずる電圧信号が最大レベルと最小レベルとの間の
振幅を有するよう予め選定される。

走査装置センサモジユール１０からこれより数
100フイート離れて位置された走査装置論理回路
モジユール２０へ信号を伝送するに際し、好適に
は電圧信号よりは電流信号を伝送するのがよい。
電流信号はもともと、電圧信号よりも長い伝送過
程における電磁気の影響を受けにくいものであ
る。更に電圧信号と違つて電流信号は減衰を引き
起こすことなく長距離を伝送することができる。

本発明によれば、走査装置のセンサモジユール
１０内に配置された対数増幅器１４から走査装置
論理回路モジユール２０内に配置された故障検出
警報回路２４へ電圧信号１５を伝送する手段は走
査装置センサモジユール１０内に配置された相互
コンダクタンス増幅器１６と、走査装置論理回路
モジユール２０内に配置された電流−電圧変換器
２６と、相互コンダクタンス増幅器１６および電
流−電圧変換器２６の電気通信を相互接続する伝
送ケーブル３０のような伝導手段とを含んでい
る。

相互コンダクタンス増幅器１６はその入力に対
数増幅器１４からの電圧信号１５を受けてその出
力に受けた電圧信号１５に比例した電流信号１７
を発生する。電流信号１７は伝導手段３０を介し
てその相互コンダクタンス増幅器１６から、前述
のように通常は走査装置センサモジユール１０か
ら離れた位置に配置された走査装置論理回路モジ
ユール２０内の電流−電圧変換器２６へ伝送され
る。

電流−電圧変換器２６はその入力に伝送された
電流信号１７を受けてこの電流信号１７をこれに
比例した電圧信号１９に変換する。したがつてこ
の電圧信号１９は再現されたものであり、所望な
らば対数増幅器１４によつて発生された電圧信号
１５の増幅電圧再生信号とする。電流−電圧変換
器２６から出力された電圧信号１９は次いで故障
警報回路２２へ進み、前述のようにして分析され
故障があるかどうかが判断される。

このように本発明によれば、改良された故障検
出装置が提供され、フオトセンサ、走査装置感知
回路および任意の伝送ケーブルを含む本来の走査
装置感知装置を連続モニタすることができる。

本発明はこの特定の実施例に限定されるもので
はなく、本発明の精神を逸脱することなしに幾多
の変化変形ができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は代表的な従来の火炎検出器にて使用され
る本発明による改良された故障検出装置の好適な
実施例のブロツク図である。 ２……電磁放射線、４……光、１０……センサ
モジユール、１２……フオトセンサ、１３……電
流信号、１４……対数増幅器、１５……電圧信
号、１６……相互コンダクタンス増幅器、１７…
…電流信号、１９……電圧信号、２０……論理回
路モジユール、２２……火炎検出回路、２４……
故障警報回路、２６……電流−電圧変換器、３０
……伝送ケーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 火炎によつて発せられた光に応答して電流信
   号を発生するフオトセンサと、このフオトセンサ
   によつて発生された電流信号を処理して安定火炎
   が存在するかどうかを判断する火炎検出回路とを
   有するタイプの火炎走査装置において、 (a) 前記フオトセンサによつて発生された電流信
   号を入力に受け、出力には前記フオトセンサか
   ら受けた電流信号の対数特性を表す電圧信号を
   発生させる対数増幅器と、 (b) この対数増幅器の電圧信号出力を入力に受
   け、これに応答して、受けた電圧信号の振幅に
   直接比例する強さで発光し、発光した光は前記
   フオトセンサに当たるよう配置されている発光
   手段と、 (c) 前記火炎検出回路と並列に接続され、前記対
   数増幅器の電圧信号出力を入力に受け、この受
   けた電圧信号の振幅が予め選定した最小レベル
   より下に落ちたかまたは予め選定した最大レベ
   ルより上に上がつたときに警報信号を出力に発
   生させる故障警報回路と、 (d) 前記対数増幅器の電圧信号出力を前記故障警
   報回路へ伝送する手段と、 を有する、火炎走査装置内の故障の存在を判断
   する故障検出装置 を備えていることを特徴とする火炎走査装置。 ２ 対数増幅器の電圧信号出力を故障警報回路へ
   伝送する手段は、 (a) 前記対数増幅器の電圧信号出力を入力に受
   け、この受けた電圧信号に比例した電流信号を
   出力に発生させる相互コンダクタンス増幅器
   と、 (b) この相互コンダクタンス増幅器の電流信号出
   力を入力に受け、この受けた電流信号に比例し
   て増幅された電圧信号を出力に発生させ、これ
   によつて前記対数増幅器の電圧信号出力を再生
   する電流−電圧変換器と、 (c) 前記相互コンダクタンス増幅器と前記電流−
   電圧変換器との間を電気的通信状態で相互接続
   して前記相互コンダクタンス増幅器の電流信号
   出力を前記電流−電圧変換器へ伝送する伝送手
   段と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の火炎走査装置。